Что называется атмосферой

       Для планет земного типа (Земля, Венера, Марс, некоторые спутники планет-гигантов) атмосфера это газовая оболочка планеты. Для газово-жидких планет (планеты-гиганты Юпитер, Сатурн и т.п.) атмосферой называется доступная наблюдениям внешняя часть планеты.

Что такое физика атмосферы

       Физика атмосферы это процессы, разнообразные по своей физической природе и взаимодействующие между собой. Основные из них следующие.

       1. Атмосфера находится в постоянном движении. Во-первых, это ветры, обязанные тепловой конвекции. Конвекция формирует как местные ветры (например, бризы и горно-долинные ветры), так и крупномасштабные ветровые системы (например, муссоны и пассаты). Во-вторых, это сильно усиливающиеся с высотой волновые движения. Имеются как регулярные волновые движения, охватывающие всю планету (например, приливы и экваториальные волны), так и акустико-гравитационные волны, излучаемые постоянно возникающими локальными возмущениями состояния атмосферы. Наконец, потеря устойчивости движений приводит к появлению микро- и макротурбулентных вихрей (последние называются циклонами). Тем самым гидро(аэро)динамика является важнейшим элементом физики атмосферы. Многообразные сильные нелинейные взаимодействия атмосферных движений делают атмосферу областью эффективного приложения бурно развивающейся в последние годы динамики нелинейных систем.

       2. Атмосфера является областью приложения многих разделов оптики и спектроскопии. Прежде всего это связано с тем, что поглощение солнечного электромагнитного излучения атмосферой и поверхностью планеты приводит к нагреванию атмосферы, которое является первоисточником атмосферных движений. Охлаждение же атмосферы определяется собственным инфракрасным излучением атмосферы и его переносом. Также требуется исследовать атомные и молекулярные свечения высоких слоев атмосферы, включая полярные сияния. Распространение излучения в протяженных средах, какими являются планетные атмосферы, сопровождается эффектом случайного “блуждания” фотонов. Это привело к возникновению специального раздела оптики атмосферы - теории переноса излучения.

       3. Проблема запыления атмосферы, требующая изучения возникновения и преобразования аэрозольных частиц, вкупе с проблемой облако- и осадкообразования привели к появлению такого специального направления физики атмосферы, каким является физика аэрозолей. Последняя объединяет ряд физических и химических дисциплин - физику фазовых переходов вещества, физику поверхностных явлений, кристаллографию, гетерогенную химию, механику многофазных систем и др.

       4. Воздействие на атмосферу жесткого ультрафиолетового излучения приводит к частичной ионизации высоких слоев планетной атмосферы, возникновению плазмы. С другой стороны, процессы образования и трансформации аэрозолей (особенно процессы в облаках) также приводят к разделению зарядов. Таким образом атмосфера является средой, где проявляются разнообразные электрические явления вплоть до такого необычного феномена как шаровая молния.

Какие актуальные задачи (и как) решает физика атмосферы

       1. Задачи климата и прогноза погоды. Эти задачи являются одними из наиболее сложных задач вычислительной физики, поскольку решаются с помощью компьютерного моделирования циркуляции всей атмосферы Земли с учетом всех остальных (оптических, аэрозольных, химических и т.д.) процессов, на них влияющих. Моделированием циркуляции атмосферы выявляются потенциальные антропогенные изменения климата, (см. ниже пункт 3) и длиннопериодные климатические изменения обусловленные цикличностью солнечной активности (11-летний и другие циклы) и другими астрономическими факторами.

       2. Задачи дистанционного зондирования атмосферы Земли и других планет. Дистанционное зондирование используется для оперативного мониторинга температуры, газового и аэрозольного состава атмосферы, свойств облаков и осадков, поля ветра, характеристик поверхности и т.д. Зондирование с поверхности Земли и со спутников осуществляется в широком диапазоне длин волн электромагнитного излучения от ультрафиолета до радиоволн по наблюдениям собственного излучения атмосферы и рассеянного и отраженного солнечного излучения, а также по измерениям прозрачности атмосферы по отношению к излучению Солнца и звезд (пассивные методы). Для изучения атмосферы используются также активные дистанционные методы - радиолокационное, лазерное и акустическое зондирование.  Дистанционное зондирование базируется на методах решения некорректных обратных задач математической физики.

       3. Экологические исследования. Они заключаются в изучении газового и аэрозольного загрязнения атмосферы Земли и изменений свойств её поверхности в результате хозяйственной деятельности человека. Антропогенное загрязнение атмосферы приводит к такому вредному для человечества последствию, как изменение газового состава атмосферы, например, к ослаблению атмосферного озонового “щита” и росту концентрации “парниковых” газов (СО2, СН4, фреоны и т.д.), сопровождаемому потеплением атмосферы. Целью экологических исследований является выработка норм экологической безопасности.